CN103017863A

CN103017863A - 一种平行板多电极电容式油位传感器

Info

Publication number: CN103017863A
Application number: CN2012105349857A
Authority: CN
Inventors: 胡小平; 李向东
Original assignee: DEGE TECH DEVELOPMENT Co Ltd CHONGQING
Current assignee: DEGE TECH DEVELOPMENT Co Ltd CHONGQING
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2013-04-03

Abstract

本发明涉及一种平行板多电极电容式油位传感器，包括多电极板、公共电极板，所述多电极板的上部和所述公共电极板的上端一并插入保护盒中；所述多电极板的上部设有控制电路，该控制电路包括电源电路、数据采集及处理电路和信号输出电路；电源电路与+12V电源连接，信号输出电路与油表的输入端连接；所述多电极板的中部和下部上至少设有五个测量电极和一个参考电极，所述测量电极和参考电极分别与所述控制电路的数据采集及处理电路连接；所述公共电极板上设有一个公共电极，该公共电极与所述控制电路的数据采集及处理电路连接。本发明能够避免油料介质的介电常数受温度的影响，准确反应燃油箱内剩余的油量，测量精度高、工作稳定可靠。

Description

一种平行板多电极电容式油位传感器

技术领域

本发明涉及传感器，具体涉及一种用于汽车、摩托车的平行板多电极电容式油位传感器，多电极电容式油位传感器。

技术背景

油位传感器安装在汽车、摩托车的燃油箱内，采集燃油箱内油面的高度信息，经控制器处理后传输到油表，指示燃油箱内剩余的油量。目前，大多数汽车使用的油位传感器是浮子式变电阻传感器，虽然结构简单，但精度差，可靠性低，使用寿命短，不能确切的测定汽车燃油箱内的油量。为了克服传统油位传感器的缺点，有的汽车采用了电容式油位传感器，按电容电极的结构可分为同轴电容油位传感器、平行板电容油位传感器和单板梳状电容油位传感器。这几种结构的电容式油位传感器在使用中都存在一些不能解决的问题。如同轴电容油位传感器，由于两电容极板间处于相对封闭的空间，使用一段时间后就会在两极板上沉积杂质，影响测量的精度；平行板电容油位传感器和单板梳状电容油位传感器的电极由于是敞开式的，在使用时会受到油箱中油料的冲刷，极板上不会沉积杂质，但单板梳状电容油位传感器在使用中，处于油面分介面上部的电极表面会附着上一层油层，由于电极之间的距离很小，附着的油层就会显著改变电容值，引起测量误差。由于电容式油位传感器是根据电容极板间空气介质和油料介质所占据比值不同而产生电容值不同的，但油料介质的介电常数受温度的影响，不管是同轴电容油位传感器，平行板电容油位传感器或是单板梳状电容油位传感器都会受此影响。因此，有必要探索一种新的技术方案，来解决以上问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种平行板多电极电容式油位传感器，它能够避免油料介质的介电常数受温度的影响，准确反应燃油箱内剩余的油量，测量精度高、工作稳定可靠；结构简单、重量轻、容易加工制造。

本发明所述的一种平行板多电极电容式油位传感器，包括多电极板、与该多电极板的中部和下部对应的公共电极板，所述公共电极板通过多根固定柱连接在多电极板上并与其平行，所述多电极板的上部和所述公共电极板的上端一并插入保护盒中，并用环氧树脂密封，其特征是：

所述多电极板的上部设有控制电路，该控制电路包括电源电路、数据采集及处理电路和信号输出电路；电源电路与+12V电源连接，信号输出电路与油表的输入端连接；

所述多电极板的中部和下部上至少设有五个测量电极和一个参考电极，所述测量电极和参考电极分别与所述控制电路的数据采集及处理电路连接；

所述公共电极板上设有一个公共电极，该公共电极与所述控制电路的数据采集及处理电路连接。

本发明在传统的电容式液位传感器基础上增加了一个参考电极，能够减少不同种类的油料或不同品质的油料因介电常数不同而造成的测量误差。

所述的一种平行板多电极电容式油位传感器，其所述多电极板与所述公共电极板之间的距离为1mm~1.5mm。由于液体都存在表面张力，当两平行板电容间距较小时，在平行板之间会存在毛细现象，所以，平行板间距应尽量大，但考虑到间距增大会使电容值变小，分布电容及边缘效应会影响测量的的精度及稳定性，通过实验，间距在1mm~1.5mm之间时可以兼顾两方面的矛盾，实际取值为1.2mm，可以取得较好的测量效果。

进一步，所述电源电路包括单向保护二极管D1、三端稳压器 IC1、储能电容C11、分压电阻R1和R2、充电限流电阻R3、工作限流电阻R4，12V电源电压经分压电阻R1、R2分压后向数据采集及处理电路提供掉电信号。电源电路主要作用是给数据采集及处理电路和信号输出电路供电，并且在主电源断电后30分钟内可继续对其他部分电路供电。

进一步，所述的一种平行板多电极电容式油位传感器，其特征是：所述数据采集及处理电路包括单片机IC2、C0参考电容、C0、测量电极C1－C10、单片机IC2采集C0－C10的数据，经处理后由I/O端口（第21脚到28脚）输出控制信号；单片机IC2的12脚与电源电路的三端稳压器IC1的3脚连接。数据采集及处理电路由单片机接收极板电容信号，并对相应的油位信号进行计算和处理。汽车在行驶过程中，油面会随着路面状况和行驶状况不同而不同，此时测得的油位值和静止在水平面状态的油位值不同，本发明的数据采集及处理电路对此时的数据进行滤波处理，滤除偏离正常值的数据。

进一步，所述信号输出电路包括场效应管Q1－Q8、输出电阻R5－R12、滤波电容C14，其中的Q1－Q8的栅极接收单片机IC2的控制信号。信号输出电路则将液位高度信号通过不同的组合方式及不同的占空比输出显示仪表需要的电阻信号到显示仪表的MCU。

本发明通过平行板电容在油液和空气中电容值的不同来监测油位的高度，采用多极板平行电容结构可以有效的减少由于温度变化引起油液介电常数变化而造成的测量误差，比如汽油的相对介电常数温度系数为-0.067%/℃，如果采用单极板电容测量，温度变化±30℃时，测量误差为4.02%，如果采用多极板电容测量（比如10个极板），测量误差将减少为0.402%，实际采用了10个极板，不用进行温度补偿就可以进行高精度的测量，降低了检测电路的复杂性及材料的成本。

所述的一种平行板多电极电容式油位传感器在使用中通常与油泵总成安装在一起，与油泵共用电源，如果汽车通电但不发动发动机时，电源只对油泵供电约3秒钟左右，然后断电，在此时间内，本传感器内部的储能电容快速充满电。断电后，通过断电检测电路向单片机发出一个断电信号，使单片机进入低功耗运行模式，并且保持输出信号不变。本传感器可在断电后保持输出信号30分钟。

所述的一种平行板多电极电容式油位传感器的信号输出部分通过不同的组合方式和占空比来控制场效应管的开断而输出电阻信号，可以直接用欧姆表测量输出电阻，避免了采用模拟电阻输出方式而必须用对应的汽车仪表进行检测。方便了不同型号传感器的生产调试及现场测试。

附图说明

图1是本发明的外形图；

图2是图1的右视图；

图3是公共电极板的示意图；

图4是多电极板的示意图；

图5是电源电路图；

图6是数据采集及处理电路图；

图7是信号输出电路图；

图8是软件流程图。

图中：1－保护盒，2－固定柱，3－多个电极板，4－公共电极板，5－公共电极，6－控制电路，7－测量电极，8－参考电极。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一：参见图1、图2、图3和图4，一种平行板多电极电容式油位传感器，包括多电极板3、与该多电极板的中部和下部对应的公共电极板4，所述公共电极板通过多根固定柱2连接在多电极板3上并与其平行，多电极板与公共电极板之间的距离为1mm；所述多电极板3的上部和所述公共电极板4的上端一并插入保护盒1中，并用环氧树脂密封，使数据采集及数据处理电路和信号输出电路与油料隔离，避免受到污染和损坏。

所述多电极板3的上部设有控制电路6，该控制电路包括电源电路、数据采集及处理电路和信号输出电路；电源电路与+12V电源连接，信号输出电路与油表的输入端连接；

所述多电极板3的中部和下部上设有五个测量电极7和一个参考电极8，所述测量电极7和参考电极8分别与所述控制电路6的数据采集及处理电路连接；

所述公共电极板4上设有一个公共电极5，该公共电极与所述控制电路6的数据采集及处理电路连接。

实施例二：参见图1、图2、图3和图4，一种平行板多电极电容式油位传感器，包括多电极板3、与该多电极板的中部和下部对应的公共电极板4，所述公共电极板通过多根固定柱2连接在多电极板3上并与其平行，多电极板与公共电极板之间的距离为1.3mm；所述多电极板3的上部和所述公共电极板4的上端一并插入保护盒1中，并用环氧树脂密封，使数据采集及数据处理电路和信号输出电路与油料隔离，避免受到污染和损坏。

所述多电极板3的中部和下部上设有十个测量电极7和一个参考电极8，所述测量电极7和参考电极8分别与所述控制电路6的数据采集及处理电路连接；

实施例三：参见图1、图2、图3和图4，一种平行板多电极电容式油位传感器，包括多电极板3、与该多电极板的中部和下部对应的公共电极板4，所述公共电极板通过多根固定柱2连接在多电极板3上并与其平行，多电极板与公共电极板之间的距离为1.5mm；所述多电极板3的上部和所述公共电极板4的上端一并插入保护盒1中，并用环氧树脂密封，使数据采集及数据处理电路和信号输出电路与油料隔离，避免受到污染和损坏。

所述多电极板3的中部和下部上设有八个测量电极7和一个参考电极8，所述测量电极7和参考电极8分别与所述控制电路6的数据采集及处理电路连接；

参见图5，所述电源电路包括单向保护二极管D1、三端稳压器 IC1、储能电容C11、分压电阻R1和R2、充电限流电阻R3、工作限流电阻R4，12V电源电压经分压电阻R1、R2分压后向数据采集及处理电路提供掉电信号。

参见图6，所述数据采集及处理电路包括单片机IC2、C0参考电容、C0、测量电极C1－C10、单片机IC2采集C0－C10的数据，经处理后由I/O端口（第21脚到28脚）输出控制信号；单片机IC2的12脚与电源电路的三端稳压器 IC1的3脚连接，在工作过程中如接收到掉电信号，转换为低功耗运行模式，降低整个电路的功耗。

参见图7，所述信号输出电路包括场效应管Q1－Q8、输出电阻R5－R12、滤波电容C14，其中的Q1－Q8的栅极接收单片机IC2的控制信号（第21脚到28脚），通过不同的组合和占空比，开断相应的输出电阻R5－R12，经滤波电容C14滤波后，在OUT与GND之间输出对应的电阻信号，并传输到油表，指示燃油箱内剩余的油量。

参见图8，当单片机上电后，首先进行初始化设置，然后采集参考电极的参数，由此计算出所测油料的介电常数，读取EEPROM中的标定参数，并根据参考电极测得的介电常数数值修正标定参数。巡回检测各个测量电极，对检测值进行滤波处理，滤除偏离正常值的数据，根据滤波后的数据计算出油位的高度，再通过单片机的21脚到28脚输出控制信号，使信号输出电路输出对应的电阻，送给仪表显示。如果检测到油泵电源没有断电，则返回到巡回检测各个测量电极步骤，如果检测到油泵电源断电，则保持现在的输出状态，并使单片机进入低功耗运行模式。

Claims

1.一种平行板多电极电容式油位传感器，包括多电极板（3）、与该多电极板的中部和下部对应的公共电极板（4），所述公共电极板通过多根固定柱（2）连接在多电极板（3）上并与其平行，所述多电极板（3）的上部和所述公共电极板（4）的上端一并插入保护盒（1）中，并用环氧树脂密封，其特征是：

所述多电极板（3）的上部设有控制电路（6），该控制电路包括电源电路、数据采集及处理电路和信号输出电路；电源电路与+12V电源连接，信号输出电路与油表的输入端连接；

所述多电极板（3）的中部和下部上至少设有五个测量电极（7）和一个参考电极（8），所述测量电极（7）和参考电极（8）分别与所述控制电路（6）的数据采集及处理电路连接；

所述公共电极板（4）上设有一个公共电极（5），该公共电极与所述控制电路（6）的数据采集及处理电路连接。

2.根据权利要求1所述的一种平行板多电极电容式油位传感器，其特征是：所述多电极板（3）与所述公共电极板（4）之间的距离为1mm~1.5mm。

3.根据权利要求1或2所述的一种平行板多电极电容式油位传感器，其特征是：所述电源电路包括单向保护二极管D1、三端稳压器 IC1、储能电容C11、分压电阻R1和R2、充电限流电阻R3、工作限流电阻R4，12V电源电压经分压电阻R1、R2分压后向数据采集及处理电路提供掉电信号。

4.根据权利要求1或2所述的一种平行板多电极电容式油位传感器，其特征是：所述数据采集及处理电路包括单片机IC2、C0参考电容、C0、测量电极C1－C10、单片机IC2采集C0－C10的数据，经处理后由I/O端口（第21脚到28脚）输出控制信号；单片机IC2的12脚与电源电路的三端稳压器 IC1的3脚连接。

5.根据权利要求1或2所述的一种平行板多电极电容式油位传感器，其特征是：所述信号输出电路包括场效应管Q1－Q8、输出电阻R5－R12、滤波电容C14，其中的Q1－Q8的栅极接收单片机IC2的控制信号。